日常生活中常见运动能量消耗研究进展

孙 月，张培珍

静坐少动的生活方式是引起肥胖、心血管疾病和代谢性疾病的主要原因，通过规律的锻炼可以有效地降低心血管疾病的风险，并且可以控制高脂血症和肥胖等各种慢性疾病的发病风险、降低死亡率[1]。美国体力活动指南中建议健康的人群应参加能量消耗相当于150min/周中等强度的有氧运动；75min/周较大强度的有氧运动，或者两者搭配可以达到相等能量消耗的生活方式以获得健康收益。美国运动医学会(American College of Sports Medicine, ACSM)给出了运动建议，但是在闲暇时间体力活动较少或静坐少动时间过长的话，也会增加代谢性疾病的风险。在日常生活中，蹬楼梯、骑自行车等都会增加能量消耗，在工作环境中增加走路的部分或者进行主动骑自行车等也会增加能量消耗。

上下楼梯和蹬自行车是生活中常见的活动方式，跳绳和太极拳运动也经常被选择为日常锻炼的方式之一。这些运动方式不仅可以作为健身的手段也可以作为检测心肺功能的一种方式，性别、年龄、身体素质、种族以及日常的锻炼习惯不同可能产生的锻炼效果也不同，根据能量消耗的特点提出不同能量消耗状态下适合国民运动的推荐量是很重要的，因此，本文旨在分析总结蹬楼梯、自行车、跳绳和太极拳这四种日常生活中常见的运动方式的能量消耗特征，为今后人们进行日常锻炼提供依据以及指导建议。

1 蹬车能量消耗与健康

对于成年人来说，久坐的行为与工作环境有很大的关系，这对健康是很不利的，因此鼓励办公室处于动态的工作环境或者员工姿势的改变。动态的工作环境对人身体健康有很大的好处，而且也慢慢成为一种流行趋势，包括由坐位到站立位的办公桌前的工作，跑台、功率自行车和瑞士球等等[2]。

功率车运动也是目前较为普遍的一种锻炼方式。功率自行车运动不会受到天气和季节的影响，很多时候室外运动受到多种因素的限制，功率车运动则不需要考虑这一点。不管是雾霾天气还是暑热季节，室内功率车都可以作为运动健身的方式。在冬天的时候所有年龄段的男性和女性血压、血液胆固醇和体重指数都会增加，导致冠状动脉疾病和心血管事件的风险增加[3]，增加体力活动是降低上述风险的有效方法，所以在冬天的时候可以进行一些室内活动比如骑自行车等。而且功率车运动是较为安全的一项运动方式，不管是老年人还是青少年、成年人都可以自由选择运动负荷，并且可以随时安全地停止运动。

除了室内的功率车之外，近几年来骑自行车出行也是一种较为推崇的交通方式，作为短距离的便利交通工具之一，它不仅可以减少污染同时可以起到锻炼身体的效果。在骑自行车的过程中，不同的体位和姿势需要消耗的能量也是不同的，在骑行过程中感到疲劳时，可以利用坐位和上身蜷缩的姿势，减少能量消耗，维持前进速度的时候，座位和手把可以支撑他们的体重，所以不需要刻意地使用肢体来维持速度，骑行速度为4.9m/s(17.7km/h)的情况下，骑自行车的能量消耗大概是0.1～0.14kcal/kg/m[4]。有些人可能觉得骑自行车出行太累，会选择电辅助自行车作为交通工具，这种电辅助自行车可以选择辅助的强度，但是不管是轻度辅助还是高度辅助在骑行的过程中都可以达到3～6METs的强度，这种强度的运动对人们的健康也是有利的[5]。对于没有经过训练的人来说，以高强度辅助骑自行车的话，需要进行每周5天，每次30min的锻炼，才可以达到ACSM中等强度运动的推荐量，若是以轻度辅助骑自行车，进行每周3天每次20min的锻炼就可以达到ACSM较大强度运动的推荐量[6]。所以不管是普通自行车还是电辅助自行车除了作为交通工具之外，作为锻炼方式也是不错的选择。所以不管是普通自行车还是电辅助自行车除了作为交通工具之外，作为锻炼方式也是不错的选择。

1.1 骑自行车与能量消耗的关系

骑自行车的运动方式在各个年龄阶段都很受欢迎，并且对身体健康都有益处，但能量消耗有所不同。对于青少年时期的男孩来说，最喜欢的运动方式里自行车排在第四位，女孩则认为自行车排在第六位，从消耗最多的方面来说，男孩认为自行车排在第四位(7.6%)，女孩认为自行车排在第五位(4.9%)[7]。对于怀孕的人来说，为了避免肥胖引起的妊娠期糖尿病，可以进行6～7METs的骑自行车运动，不仅可以降低孕妇患病的风险，提高健康水平，同时对胎儿也是很有帮助的[8]。成年人(年龄38±4岁)分别进行4分钟低强度(70%最大心率)、中等强度(80%最大心率)、高强度(90%最大心率)的骑自行车，男性比女性骑车稳定期的能量消耗多(758 vs 477kcal/h)，并且健康人群比非健康人群消耗的能量更多(695 vs 634kcal/h)；对于老年人来说，由于骑自行车的速度以及频率会减慢，所以他们的能量消耗比年轻人少17～27%[3]。

除了年龄、性别和健康状况对骑自行车时能量消耗有影响之外，训练水平和骑车时的转速也会对能量消耗有影响。训练水平相当而且从事有氧训练大致相同的人能量消耗相似，骑行速度快能量消耗也会增加，对于接受过特殊自行车相关的训练或者与这类运动相似的训练模式这些人，参加强度相同的自行车运动，所消耗的能量要少[3,9,10]。对于骑车时转速来说，在以相对较高的转速骑车时(60r/min、70r/min、80r/min)能量消耗较高，以90r/min的速度骑90min可以消耗100kcal[11]。但是在骑自行车的过程中，通过我们自身的能量消耗提供前行动力的同时，空气阻力或者摩擦力产生的无用功会对前行产生一定的阻碍，石新燕[12]等人通过相关研究表明，无用功在运动能耗中所占的比例是很少的，随着转速的增大无用功也会随之增大，比如40r/min时无用功仅仅大于1%，但是在80r/min时增大到了10%以上。所以在骑车过程中，慢速时是不需要考虑这些阻力的，只有在速度增大时阻力才会相对增加。

1.2 骑功率自行车对能量消耗的影响

由于天气的原因，室外活动受限，功率自行车作为室内运动的首选，不仅可以增加能量消耗减少患病的风险，而且能够有效改善神经肌肉功能[13]。很多人把骑功率自行车作为一种减肥手段，通过逐渐增加负荷与骑车的时间消耗更多的能量，但是对于减肥来说，到底哪种运动方式的减肥效果最佳一直存在争议。Matsuo等人[14]在功率自行车上进行间歇性冲刺运动、持续有氧运动以及高强度间歇性有氧运动这三种方式的运动，发现在运动过程中持续有氧运动消耗的能量最多，但间歇性冲刺运动在运动后10～180min能量消耗最多，尽管如此，运动中加运动后总的能量消耗依然是持续有氧运动消耗的能量是最多的。事实上，不仅运动中的能量消耗对减肥有帮助，Dolezal等人[15]的研究表明，休息时的能量消耗也占了日常生活中能量消耗的60～75%，而且休息时能量消耗增加与减肥有很重要的关系。Knab[16]等人提出运动强度会影响运动后能量消耗的多少和持续时间，一次45min的大强度锻炼可以增加代谢率14h，以最大功率的57%或最大摄氧量的70%骑功率自行车45min，能量消耗与不骑功率自行车的时候相比运动后的14h能量消耗增加了190kcal(37%)。由此可知功率车运动不仅可以增加能量消耗，还可以显著改善代谢率，这就可以更好地实现减肥目标。

在功率车运动中，体重对能量消耗和机械效率有一定影响，但在不同的研究中，并不一致。Jabbour等人[17]使用逐级递增功率车运动测量不同体重(正常、超重、肥胖)状态8～10岁儿童的机械效率和有氧机能，结果表明，相同年龄的儿童从事相同负荷功率车运动的净机械效率大致相同，与体重没有关系，但是粗机械效率存在显著不同：在功率车负荷为100W时，肥胖儿童的粗机械效率显著高于正常和超重儿童(588vs530&546W)，而在相同负荷运动时，三者之间的净机械效率没有显著性差别(477vs460&459W)。而Chuensiri等人[18]研究不同身体质量指数(body mass index, BMI)(肥胖组BMI=25.4±0.8；较瘦组BMI=17.1±0.7)的10岁男性儿童进行功率车锻炼的能量消耗时发现，不管是在何种运动强度下(100%、130%与170%峰值摄氧量)，肥胖组的能量消耗均比较瘦组显著性的高(分别为106vs77kcal、115vs89kcal、123vs95kcal)。另有研究表明在功率车运动中，控制年龄和性别因素后，在8～10岁的男生中绝对能量消耗与肥胖度、体脂百分比(FAT%)、去脂体重(FFM)和去脂体重指数(FFMI)呈正相关，结果具有统计学意义(P<0.05)；不管男生还是女生，相对能量消耗与BMI、肥胖度、FAT%、FFM和FFMI都呈负相关，并且具有统计学意义[19]。总之，人体成分、肥胖程度与能量代谢之间的关系较为复杂，需进行进一步的研究。由于儿童青少年的肌肉和脂肪重量以及激素的代谢规律和生长的变化都是很快的，而成年人的身体状态则比较稳定，由此可能导致了不同研究中结果的不一致。

此外，只要制定好运动强度，功率自行车不仅可以作为减肥方法，也可以作为有效的康复手段。对于偏瘫患者或者身体有特殊情况只能一只腿参与到运动中的时候，骑功率自行车也是一种很好的锻炼方式[11]。

2 蹬楼梯能量消耗与健康

蹬楼梯作为运动健身的一种方式，既经济实惠又方便，对于没有时间进行规律锻炼的人来说是一种很好的选择，它可以起到消耗能量、预防和控制慢性疾病的作用。在日常生活中很多人没有闲暇时间去参与到体育活动中，所以在工作或者生活中多蹬楼梯可以增加体力活动并且打破静坐少动的行为模式。蹬楼梯属于中等强度的运动，56.7%的人每天都会蹬至少一层以上的楼梯，这其中有54.5%的女性(平均BMI为26.8)，并且人数占比例最多的年龄范围在45～54岁之间[20]。为了使更多的人选择蹬楼梯而不是电梯，在很多楼梯的位置会贴上标语，在正常的情况下，正常体重的人比超重的人更容易选择蹬楼梯，贴上标语之后，超重的人选择蹬楼梯的比例有所增加[21]。由此可见，为了促进更多的人蹬楼梯，宣传标语还是很管用的。

蹬楼梯是日常生活中必备的技能，但是对于老年人或者肢体活动不便的人来说，适当的辅助也是很有必要的，因为对于身体上有损伤的人来说，与身体完好的人相比，能量消耗要多10%[22]。使用拐杖或者假肢后，在蹬楼梯的过程中能量消耗都有所减少，但是女性比男性消耗的能量要多一些，使用假肢的话可以使能量消耗减少32%[23]。

对于正常的人群来说，以步速是100步/min上楼的情况下，随着体重的增大，能量消耗是不断增加的，而且男性的单位体重能耗明显大于女性(248.3vs 218.6kcal/d/kg)[24]。爬楼的速度越快，消耗的能量越多，以90步/min和100步/min的速度上下各两次，上下楼梯的能量消耗比是2.7:1，而且20岁男性蹬楼梯能耗显著高于50岁男性和20岁女性，所以蹬楼梯的能耗与性别、年龄和速度都有很大的关系[25]。在蹬楼梯的过程中，上楼和下楼的能量消耗也不同，当男性的速度为103步/min，女性为110步/min时，每步上楼和下楼消耗的能量分别是0.11kcal和0.05kcal，下楼比上楼时的强度更低一些；与走跑相比，上楼梯的强度相当于以9.6km/h的速度跑步，下楼梯的强度相当于以4.3km/h的强度走路[26,27]。而且在上楼梯的过程中，能量消耗在开始1min内呈上升趋势，1min后曲线逐渐趋于水平；下楼梯能量消耗在开始8s内呈上升趋势，之后曲线趋平，能量消耗基本稳定[28,29]。

由于个人习惯不同，蹬楼梯时迈步的大小也不同，所以有的人会选择一步一个台阶，有的人会选择一步两个台阶。但是想要消耗更多的能量，到底是选择那种方式，还存在一些争议。有人认为每次上两级楼梯的能量消耗率更高一些，但是每次上一级台阶的实验结果显示出在整个蹬楼梯的过程中可以更积极地动员能量的消耗，总的能量消耗比每次上两级台阶要高[30]。但是也有研究提出如果运动30min，一步一个台阶比一步两个台阶多消耗额外5%的能量(大约15kcal)，二者能量消耗差得很少[31]。所以如果以蹬楼梯为运动方式的话还是根据个人情况而定，选择哪种方式都可以。

3 跳绳能量消耗与健康

跳绳是一种从小就从事的体育活动，简单并且有一定的趣味性，在很多年龄阶段都作为健身的运动方式，但是相对来说女性或者儿童更愿意选择跳绳作为健身方式，在完成跳绳运动的时候女性受试者效率更高，使用相对更少的氧气克服身体重量来完成同样的任务[32]。

在跳绳的过程中，速度是能量消耗的主要影响因素，而且速度也是决定运动强度的关键因素。Town和丁玲等人[32,33]研究表明在运动时间相同的情况下，80次/分钟以下的速度跳绳属于小强度运动，以80～120次/分钟的速度跳绳属于中等强度运动，以120次/分钟以上的速度跳绳属于大强度运动；研究显示，以80、100、120、140次/分钟的速度跳绳过程中，能量消耗分别为7.47kcal/min、11.64kcal/min、11.33kcal/min、13.76kcal/min，100次/分钟相对能量消耗虽然多，但是这个频率不容易掌控，在运动过程中心率起伏波动比较大，而120次/分钟频率的跳绳能量消耗虽然相对少一些，但运动起来上下肢比较协调稳定，而且发现中断绳的次数少，所以可以认为是进行有氧健身运动的理想频率。从健身的角度以及时间场地和健身效果多方面考量，建议采用120次/分钟中等速度的跳绳频率，较其他频率更为经济有效，健身效果好。如果每周5天每天跳绳10min的话效果和慢跑30min的效果是一样的，所以跳绳可以作为有效地健身手段。

对于儿童来说，不管是跳绳运动还是上下楼梯等日常生活活动，在运动的过程中和运动后休息的过程中，年龄最小的孩子能量消耗最多，随着年龄增长呈下降趋势，而且男性和女性在青春期阶段都会有所升高[34]，年龄的大小和青春期阶段对能量消耗都有一定的影响，之前有不少研究获得了不同运动所对应的能量消耗数值，但是很少有研究表明这种结论是否适用于儿童，或者说适用于多大年龄阶段的人群，所以在这方面的研究还是很欠缺的，在未来的研究中应该多注意该方面的探讨。

4 太极拳运动能量消耗与健康

太极拳是中国传统的武术健身运动，它是一种柔和放松的运动，也可以作为慢性病患者的放松性康复运动，不仅可以改善平衡能力、增强肌力，还具有促进脑卒中康复等作用[35]。简化太极拳是太极拳运动中的一种，运动强度为1.4METs[36]。美国体力活动指南建议，成年人每周要保持最少150min的中等强度运动，大概要在3.0～5.9METs，或者75min的大强度锻炼，要≥6.0METs。简化太极拳运动强度虽然未满足上述指南要求，但是对于打破静坐少动的行为来说，也是不错的运动方式，对人的身体是有益处的。

在太极拳锻炼的过程中，不同练习水平的人消耗的能量也是不同的，有研究显示，专业太极拳运动员的能量消耗、心率(104vs100次/分)、摄氧量(17.96vs14.36ml/kg/min)以及潮气量(1.05vs0.92L)都明显地高于太极拳业余爱好者，但是在运动后的休息过程中，不同练习水平的人能量代谢没有什么差别，能量代谢的改变模式是相同的[36,37]。这可能是由于练习水平不同的人，会用不同的方式进行太极拳运动，所以产生的结果也是不同的。Liu等人[38]的研究指出，代谢和心率的改变与太极拳练习时的呼吸模式有关，不管是什么练习水平的人，呼吸频率大致相同，但是高水平组(熟练掌握太极拳者)的潮气量比普通组(初学者)要高；高水平组在运动中可以进行规律的呼吸，通过肺部收缩使呼吸频率减慢，肺部扩张使呼吸加深，所以在运动过程中需要更多的能量。

除了锻炼水平会影响能量消耗之外，太极拳运动过程中运动的速度和不同的动作也决定了太极拳运动时的能量消耗情况，对于大强度的运动来说一般速度较快，但是对于太极拳来说，半蹲式的姿势会显著性地增加下肢的负荷，慢速进行太极拳运动反而会增加能量消耗[39]。太极拳运动的动作与方式也是多种多样的，不同的动作强度也不同，坐位的运动大概有2.5METs，站立位但是没有下肢的运动是2.7METs，传统的站立位是4.6METs[40]。从坐位动作到站立位，能量需求是增加的，如果在坐位动作的同时在脚踝绑上沙袋，在运动的过程中就需要更多的能量，所以这种方法也作为临床康复的一种手段，需要注意的是，要根据患者的有氧能力和各方面的功能来调整练习的进度。

经典的杨氏太极拳属于有氧运动并且适合于各个年龄阶段的人群，在运动的过程中心率可以达到最大心率的50%～58%。有些年轻人认为太极拳运动的能量消耗太低，运动强度过低，而且不能很快地看到锻炼效果，所以不会选择以太极拳作为一种经常性的运动，但是通过改变速度或者下蹲角度都会使太极拳运动难度以及能量消耗增加。下蹲角度也是很重要的一方面，下蹲角度较少而且持续时间较短的话比较适合于老年人或者身体不适的人群，下蹲角度较大而且持续时间较长的话适合于年轻人，所以在进行太极拳运动的时候可以选择适合自己的速度以及下蹲角度达到锻炼的效果。

调整好太极拳的锻炼方式，可以作为心脏康复的方法之一。在国外，心脏康复的项目主要有跑台、功率车、蹬楼梯，但是对于中国人来说，受到器械的限制这种锻炼方式在日常生活中很难实现。中国人更喜欢一些传统的锻炼方式，比如太极拳、气功等。所以太极拳不仅可以维持健康的生活状态，还可以作为治疗慢性疾病的方法。并且有研究证实，通过不断地练习，在太极拳运动中，思想、动作、呼吸都可以得到不断的进步[41]。

5 小结

美国的一项调查研究显示，如果每天的日常活动增加100kcal，在未来8年的时间里有90%的可能可以避免体重增加，同时增加能量消耗也可以减少慢性疾病的发生率，可以根据自己的能力选择骑行的速度与时间达到更好的增加能量消耗的效果；对于蹬楼梯来说，以90～100步/min的速度为宜；120次/分钟中等强度的跳绳较其他速度更为经济有效，健身效果好；各个年龄阶段的人群都可采用太极拳运动健身，通过调整动作以及下蹲角度与时间可以达到增加能量消耗的效果。所以我们可以选择适合自己的运动方式以及运动强度，提高生活质量，改善身体状态。